تعیین ضریب شکست روغن

روغن چیست؟

به تمامی  مواد معدنی - گیاهی - مصنوعی  و همچنین چربی های گیاهی و حیوانی   لغزنه - قابل اشتعال و چسب ناک ( ویسکوز) که در دمای اتاق  به صورت مایع و یا مایع پذیر باشد ( اگر در دمای اتاق جامد باشد و به مایع تبديل نشود به آن چربی گویند!!) و در حلال های آلی مثل اتر حل شود ولی در آب حل نشود روغن میگویند که بطور گسترده ای در زندگی  روزمره از آن استفاده میشود بخصوص به عنوان سوخت و روان کننده.

روغنهای خوراکی:

روغن خوراکی از تصفیه آن دسته از چربی های گیاهی یا حیوانی تهیه میشود که در دمای اتاق مایعند. روغن گیاهیی را از دانه ها - بذرها و مغز میوه ها نهیه میکنند. با اینکه اکثر حیوانات دارای چربی میباشند و نه روغن ولی ماهی ها و عده ای دیگر از جانداران خونسرد  در بدن خود به جای چربی روغن تولید میکنند. روغن های عذایی را میتوان توسط بعضی از گیاهان خوش بو نمود. همچنین در مصرف روغن باید دقت نمود مثلا پیاز و سیری که در داخل روغن سرخ شده است یا باید تا هنگام مصرف داغ بماند یا در یخچال یا فریزر نگهداری شود در غیر اینصورت باعث مسمومیت می گردد. انواع روغن های گیاهی عبارتند از: روغن دانه انگور - روغن آفتاب گردان - روغن زیتون - روغن بادام - روغن کنجد و ...

اصلی ترین ماده تشکیل دهنده روغن تریگلیسیرید است.

ساختار تریگلیسیرید:

CH2OH                                                               CH2COOR1

CHOH             +CH3(CH2)n    ----- COOH      +      CHCOOR2

CH2OH                                                               CH2COOR3

خصوصیات اسیدهای چرب

اسیدهای الی حداقل 4 اتم کربن دارند

ساختارشان خطی است

مونوکربوکسیلیک هستند(یک گروه کربن در ساختارشان دارند)

اگر باند دوگانه داشته باشند از نوع سیس است

معمولا زوج کربنه هستند

C4=0                                   C16=1                              C18=3

C6=0                                   C18=0                              C20=5

C12=0                                 C18=1                               C22=6

C14=0                                 C18=2      

گلیسرول را معمولا در صنایع مختلف برای حفظ رطوبت بکار میبرند مانند: کرمهای مرطوب کننده و ضد یخ و ...

کاربرد مونو گلیسیریدها:

افزودنی هستند

امولوسیفایر هستند(دارای یک سر ابگریز و یک سر ابدوست هستند)

ساختار شیمیایی روغن ها و چربی ها : روغن ها و چربی ها ترکیباتی غیر محلول در آب ، با منشا نباتی و حیوانی هستند ، که اکثرا شامل استرهای گلیسریل و اسیدهای چرب یا تری گلیسریدها هستند . از نظر ساختمانی تری گلیسریدها ، حاصل واکنش استری شدن سه ملکول اسید چرب با یک ملکول گلیسرول ( الکل سه ظرفیتی ) هستند .

آب + 3  ملکول روغن               3 اسید چرب + گلیسرول

تفاوت چربی ها و روغن ها بسته به ترکیب اسید چرب ساختار تری گلیسرید تشکیل دهنده آن ها است .

وجه تمایز خاصی بین روغن و چربی وجود ندارد ، ولی معمولا وقتی که ترکیب فوق به صورت مایع باشد ، آن را روغن نامیده و در صورتیکه به حالت جامد باشد ، به آن چربی گویند . جالب است بدانید که گلیسرول ( گلیسرسین) در سال 1783 توسط یک دارو ساز و شیمیدان سوئدی بنام شیل(Sheele ) هنگامیکه بر روی روغن زیتون تحقیقاتی انجام می داد ، کشف شد . نام گلیسرین از یک لغت یونانی به معنی شیرین کنندهگرفته شده است .

گلیسرول یک الکل سه ظرفیتی است که مشخصات آن به شرح زیر است :

فرمول شيميایی:

وزن ملکولی                                       M= 22.11

نقطه ذوب                                               Fp=20 °c

نقطه جوش                                   Bp(760)=290 °c

Bp(20)=182 °c                                      

وزن مخصوص                                   d(40)=1.2611

ویسکوزیته                                           1759.6 cp

در حال حاضر مصرف گلیسرول در دنیا 500 هزار تن در سال است ، که میزان قابل ملاحظه ای از آن در کارخانه های شیمیایی و داروسازی و مقدار ناچیزی از آن در صنایع غذایی ، دخانیات و صنعت پلاستیک کاربرد دارد .

جالب است بدانید که در طبیعت بیش از 200 نوع اسید چرب شناخته شده ، که در ساختار روغن ها و چربی ها به کار رفته است .

اسيدهاي چربي که در ساختمان چربيها وجود دارد و معمولاً تعداد کربن هايشان زوج است و به سه دسته تقسيممي شوند :

1- اسيدهاي چرب کوتاه زنجير

2- اسيدهاي چرب متوسط زنجير

3- اسيدهاي چرب دراز زنجير

1- اسيدهاي چرب کوتاه زنجير : معمولاً 4 تا 6 اتم کربن در ساختمان خود دارند و معمولاً فرٌار هستند .

 2- اسيدهاي چرب متوسط زنجير : معمولاً 8 تا 12 کربن در زنجيره خود دارند و در درجه حرارت آشپزخانه يا معمولي مايع هستند ، علي رغم اينکه از اسيدهاي چرب اشباع شده درست شده اند .

3- اسيدهاي چرب دراز زنجير : 14 تا 30 کربن دارند ولي چربيهاي خوراکي بيشتر 14 تا 22 کربني هستند . پس عاملي که روي حالت فيزيکي يا نقطه ذوب چربي اثر دارد طول زنجيره اسيد چرب آن است که خيلي مهم است

اندازه گیری ضریب شکست روغن:

هنگامی که پرتو نور از محیطی به محیط دیگر با غلظتی متفاوت وارد می شود، به علت تغییر سرعت عبور، مسیر آن منحرف می‌شود. این پدیده شکست نور "Refraction" نامیده می شود. در صورتیکه محيط دوم چگال تر از محيط اول باشد نور به خط عمود نزديک‌تر می شود. و در صورتی که غلظت کمتری داشته باشد از خط عمود بر سطح دور می‌شود.
 زاويه بين شعاع تابش و خط عمود، زاويه تابش (i) و زاويه بين شعاع شکست و خط عمود زاويه شکست (r) ناميده می شود. ضريب شكست يك ماده (n) عبارتست از: نسبت سرعت عبور نور در خلا (c ) به سرعت عبور نور از آن ماده (vi).
ضریب شکست مانند نقطه ذوب از خواص فیزیکی مواد است. رفركتومتري به معنی تعيين ضريب شكست گازها، مایعات و جامدات نیمه شفاف، به‌وسيله دستگاه رفراكتومتر است. می توان از این مشخصه، برای شناسایی مواد یا ارزیابی خلوص آن استفاده کرد. با معین شدن ضريب شكست، علاوه بر شناسايي مواد مقدار آن را نیز می توان محاسبه کرد.

دستگاه رفراکتومتر کاربرد زیادی در صنایع گوناگون دارد. به عنوان مثال براي اندازه‌گيري غلظت نمك طعام در حوضچه‌هاي پرورش ماهي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در صنایع غذایی نیز این دستگاه کاربرد بسیار زیادی دارد مثلا در کارخانه های قند برای تعیین بریکس محلول قند مورد استفاده قرار می گیرد. در پزشکی برای پی بردن به میزان اوره و پروتئین خون، میزان نمک موجود در آن و غلظت مایعات استفاده می شود و مهم‌ترین کاربرد آن تعیین غلظت Urine در آزمایشگاه است.
بریکس واحدی است که بیان کننده مقدار ذرات جامد موجود در یک محلول است و اصولا به غلظت و ویسکوزیته وابسته است.

اساس کار:
اساس کار رفراکتومتر در تابش نور به شرط تکفام بودن آن و هدایت آن به سمت محلول مورد نظر و عبور آن است که چون این دو محیط با هم تفاوت دارند ، نور شکسته شده و با ضریب شکست محدود قابل دریافت است. میزان شکست نور مانند اثر انگشت برای محلول‌های با غلظت یکسان و در دما فشار برابر منحصر به فرد است. درون رفراکتومتر خط نوری دیده می شود که با منشورها و لنزهای مختلف به وجود می آید. این خط نور با کمک عدسی سر دوربین توسط کاربر قابل مشاهده است.

در دستگاه رفراکتومتر نور از محيط رقيق وارد محیط غليظ مي شود. که محيط رقيق، مايع يا محلول موردنظر و محيط غليظ، منشور دستگاه است. در واقع، در عمل، ضريب شكست محلول و منشور نسبت به هم سنجيده مي شود:
Nضریب شکست محیط غلیظ، n ضریب شکست رقیق و i و r به ترتیب زوایای تابش و شکست هستند. در رفراکتومتری زاویه شکست بحرانی (حد) اندازه گیری می شود یعنی زماني كه زاويه تابش 90شود.
رابطه بین ضریب شکست و غلظت تا حدود 2-10 یک رابطه خطی است که بر اساس همان می توان با تایید ضریب شکست یک محلول غلظت آن‌را با استفاده از نمودار خطی در فاصله حدود 2-10 مولار بدست آورد.

ساختار رفراکتومتر:
دستگاه رفراكتومتر از اجزاء و قسمت‌هاي زیر تشکیل شده است:
1- دو منشور که یکی انتشار دهنده Diffusing prism و دیگری شكست دهنده Refracting prism است. نمونه مورد نظر بین این دو منشور قرار مي گيرد. نور وارد منشور انتشار دهنده شده و تجزيه مي شود، اين نور با ضریب مشخص وارد نمونه مورد آزمایش شده و سپس به منشور Refracting مي رود. (ورود نور از محيط رقيق به غليظ). قبل از هر بار ريختن محلول، منشورها كاملا تميز شده و با مقدار كمي از محلول موردنظر، شستشو داده مي شود.
2- دو لنز که یکی لنز تصوير و دیگری لنز n (ضريب شكست) است.
3- ترمومتر: جهت تنظیم و گزارش دما
4- پیچ هایی جهت تنظیم تصویر

طراحی اولین نمونه از این دستگاه در اواخر دهه 1800 میلادی توسط ارنست آبه صورت گرفت. آن دستگاه شامل ترمومترهای توکار و حمام سیرکولاتورهای آب بودن که برای کنترل دمای دستگاه و مایعات استفاده می شد. پس از آن دستگاه‌ها مجهز به میکروسکوپ نیز شدند. امروزه این دستگاه در چهار نوع موجود است: رفراکتومتر دستی آنالوگ، رفراکتومتر رومیزی، رفرکتومتر دستی دیجیتال و رفراکتومتر آنلاین.
براي كاليبراسيون و تعيين ميزان خطاي دستگاه از مواد در دسترس مانند آب مقطر (3330/1 = n) استفاده مي كنيم. در برخی رفراکتومترها نور از بین لایه نازکی از نمونه مایع عبور می کند.
نسل اولیه رفراکتومترها
برای استفاده از این رفراکتومترها چند قطره از نمونه مورد نظر روی منشور قرار داده می شود. (در صورتی که این مقدار کم باشد دستیابی به نتیجه مطلوب سخت می‌شود و در صورت زیاد بودن ترشح مایع با اطراف منجر به آلودگی می شود) پس از محکم کردن منشور، لامپ مقابل آن قرار می گیرد. پس از شروع به کار کردن دستگاه می توان مقدار نوردهی عدسی ها را به کمک ناب موجود روی دستگاه تغییر داد. نتایج به صورت آنالوگ در این دستگاهها نشان داده می شود و باید همراه دما، به صورت دستی ثبت شود. پس از هر بار اندازه گیری باید دستگاه را برای تست بعدی تمیز کرد.

رفرکتومترهای نسل جدید
بخش اپتیک این مدل مشابه رفرکتومترهای قدیمی تر است، عملکرد آن نیز مشابه است. هنگام نمونه دهی باید به اندازه ای استفاده شود که کاملا منشور را بپوشاند اما نه بیشتر. برای تنظیم کانون عدسی باز هم از ناب روی دستگاه استفاده می کنیم تا زمانی که علامت ضربدر واضح شود. (اگر تیره تر بود پادساعتگرد و اگر روشن تر بود ساعتگرد) سپس با فشار دادن دگمه READ مقدار ضریب شکست بر LED جلوی دستگاه نمایان می شود. در مدل های جدید تر توسط ترمومتری دما نیز اندازه گیری شده و همراه نتایج به صورت دیجیتال ثبت می‌شود.
در استفاده مداوم از این دستگاه مهم ترین مساله تمیز کردن دقیق آن است. گرد و غبار و ذرات ریز بزرگترین دشمن دقت اندازه گیری است. برای پرهیز از ساییده شدن صفحه شیشه ای منشورها بهتر است برای پاک کردن از گوی پنبه ای استفاده نموده و به آرامی گرد و غبار را بزدایید. سپس آن‌را با پنبه جدید و الکل شستشو دهید

هدف: اندازه گیری ضریب شکست روغن روغن آفتابگردان توسط رفراکتومتر

روش کار:

در ابتدا میاییم دستگاه را با الکل و پنبه سطح منشور راکاملا تمیز می کنیم سپس دستگاه رابااستفاده از اب مقطر کالیبره میکنیم البته نکته دیگر که لازم به ذکر است این است که در اینجا باید دما را حتما اندازه گیری کنیم.زیرا یک پارامت تاثیر گذار درتعیین ضریب شکست است..سپس میاییم یک قطره از روغن زیتون را در جایگاه مخصوص نمونه (منشور) قرار می دهیم. سپس از چشمی دستگاه نگاه می کنیم دایره ای می بینیم که وسط آن یک ضربدر وجود دارد.همان طوری که در بالا گفته شد در رفراکتومترهای رومیزی دو پیچ وجود دارد. یک پیچ بزرگ و یک پیچ کوچک. با پیچاندن پیچ بزرگ دایره را به دو نیم دایره روشن و تاریک تقسیم می کنیم بطوری که باید دقیقا از محل تلاقی ضربدر خط مرزی این دو نیم دایره عبور کند.در این حالت ممکن است در مرز این دو نیم دایره یک طیف رنگی وجود داشته باشد.با پیچاندن پیچ کوچک این طیف رنگی را از بین می بریم در این صورت عددی که دستگاه نشان می دهد ضریب شکست و بریکس (غلظت)نمونه را نشان می دهد.

نتیجه آزمایش : عددبدست آمده توسط رفراکتومتر در مورد روغن آفتابگردان 1.4725 می باشد